KR102148023B1

KR102148023B1 - Torque sensing apparatus

Info

Publication number: KR102148023B1
Application number: KR1020190057357A
Authority: KR
Inventors: 구자춘; 이승호; 백지민; 이혁진; 이경하
Original assignee: 성균관대학교 산학협력단
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2020-08-25

Abstract

Disclosed is an invention which relates to a torque sensing apparatus. The torque sensing apparatus of the present invention comprises: a rotation frame which is installed to be rotatable; a yoke unit which is installed to be movable along the linear direction inside the rotation frame and wherein a rolling surface unit is formed; an elastic supporter unit installed to elastically support the yoke unit; a disk unit which is coupled to the yoke unit and wherein an output rod unit is connected; and a pressing unit. The pressing unit is installed on the disk unit in order to rotate together with the disk unit and installed to be in rolling contact with the rolling surface unit. In addition, when an external force is applied to the output rod unit, the pressing unit moves the yoke unit in the linear direction as rotating with the disk unit and pressing the rolling surface unit.

Description

Torque sensing device {TORQUE SENSING APPARATUS}

본 발명은 토크 감지 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부 토크와 출력축의 각도 사이의 관계를 용이하게 산출할 수 있고, 출력축의 회전각을 측정함에 따라 외부 토크를 용이하게 측정할 수 있는 토크 감지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a torque sensing device, and in more detail, it is possible to easily calculate the relationship between the external torque and the angle of the output shaft, and by measuring the rotation angle of the output shaft, torque sensing that can easily measure the external torque It relates to the device.

산업 로봇 이외에도 인간을 대신하여 다양한 작업을 수행할 수 있는 지능형 로봇에 대한 필요성이 대두되고 있으며, 이에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.In addition to industrial robots, there is a need for an intelligent robot capable of performing various tasks on behalf of humans, and research and development for this is actively progressing.

지능형 로봇을 개발하기 위해서는 기계, 전자 등 전통 기술과 함께, 신소재, 반도체, 인공지능 및 소프트웨어 등의 첨단 기술이 요구된다. 지능형 로봇은 기존 산업용 로봇과 달리 미래 시장에서 요구하는 기능과 성능을 가진 로봇이라고 할 수 있다.To develop intelligent robots, advanced technologies such as new materials, semiconductors, artificial intelligence and software are required along with traditional technologies such as machinery and electronics. Unlike existing industrial robots, intelligent robots can be said to be robots with functions and performances required in the future market.

지능형 로봇은 인간과 가까운 곳에서 다양한 작업들을 수행할 수 있으며, 인간과의 협업 과정 등에서 발생할 수 있는 문제를 해결할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 토크 감지 장치가 로봇에 적용되는 것이 필요하다.Intelligent robots can perform various tasks close to humans, and can solve problems that may occur in the process of collaboration with humans. To solve this problem, it is necessary to apply a torque sensing device to a robot.

토크 감지 장치는 탄성을 이용해 힘과 위치를 함께 제어한다. 토크 감지 장치는 인간의 근육과 같이 로봇 관절 등의 위치와 힘을 함께 제어한다. 이러한 토크 감지 장치는 로봇이 울퉁불퉁한 바닥처럼 험난한 곳에서 작동하도록 하거나 또는 외압에 적응하여 동작하도록 할 수 있다.The torque sensing device uses elasticity to control force and position together. The torque sensing device controls the position and force of a robot joint, like a human muscle. Such a torque sensing device may allow the robot to operate in a rough place such as a bumpy floor or to adapt to external pressure.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2017-0135119호(2017. 12. 08 공개, 발명의 명칭: 순응형 구동모듈)에 개시되어 있다.Background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Application Publication No. 2017-0135119 (published on Dec. 08, 2017, title of invention: compliant driving module).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 외부 토크와 출력축의 각도 사이의 관계를 용이하게 산출할 수 있고, 출력축의 회전각을 측정함에 따라 외부 토크를 용이하게 측정할 수 있는 토크 감지 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been created to improve the above problems, and an object of the present invention is to easily calculate the relationship between the external torque and the angle of the output shaft, and to easily calculate the external torque by measuring the rotation angle of the output shaft. It is to provide a torque sensing device that can be measured.

본 발명에 따른 토크 감지 장치는: 회전 가능하게 설치되는 회전 프레임; 상기 회전 프레임의 내부에 직선방향을 따라 이동 가능하게 설치되고, 구름면부가 형성되는 요크부; 상기 요크부를 탄성 지지하도록 설치되는 탄성 서포터부; 상기 요크부에 결합되고, 출력 로드부가 연결되는 디스크부; 및 상기 디스크부와 함께 회전되도록 상기 디스크부에 설치되고, 상기 구름면부에 구름 접촉되게 설치되며, 상기 출력 로드부에 외력이 가해지면 상기 디스크부와 함께 회전되면서 상기 구름면부를 가압함에 따라 상기 요크부를 직선방향을 따라 이동시키는 가압유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. The torque sensing device according to the present invention includes: a rotating frame rotatably installed; A yoke portion installed to be movable in a linear direction inside the rotation frame and having a rolling surface portion; An elastic supporter unit installed to elastically support the yoke unit; A disk portion coupled to the yoke portion and connected to an output rod portion; And installed on the disk to rotate together with the disk, installed in rolling contact with the rolling surface, and when an external force is applied to the output rod, the yoke rotates together with the disk and pressurizes the rolling surface. It characterized in that it comprises a pressing unit for moving the portion along a linear direction.

상기 요크부는 상기 요크부의 이동축의 양측에 상기 구름면부가 형성되는 요크 바디부; 상기 요크 바디부의 상기 이동축과 평행하도록 상기 요크 바디부에서 연장되고, 상기 회전 프레임에 직선 이동 가능하게 삽입되는 요크 가이드부; 및 상기 요크 바디부에서 상기 요크 가이드부와 수직한 방향으로 연장되고, 상기 탄성 서포터부에 의해 탄성 지지되는 연장 리브를 포함할 수 있다.The yoke portion includes a yoke body portion having the rolling surface portion formed on both sides of the moving shaft of the yoke portion; A yoke guide part extending from the yoke body part so as to be parallel to the moving axis of the yoke body part and inserted into the rotation frame to be linearly movable; And an extension rib extending in a direction perpendicular to the yoke guide portion from the yoke body portion and elastically supported by the elastic supporter portion.

상기 구름면부는 상기 요크부의 중심부에서 상기 요크부의 이동방향 양측으로 갈수록 곡률이 감소될 수 있다.Curvature of the rolling surface portion may decrease from a central portion of the yoke portion toward both sides in a moving direction of the yoke portion.

상기 요크 가이드부가 슬라이딩 가능하게 결합되도록 상기 요크 바디부에 설치되는 슬라이드 부시부를 더 포함할 수 있다.The yoke guide portion may further include a slide bush portion installed on the yoke body portion so as to be slidably coupled.

상기 회전 프레임의 양측에는 상기 연장 리브가 이동되도록 상기 이동축과 평행하게 단차홈부가 형성될 수 있다.Step grooves may be formed on both sides of the rotation frame in parallel with the moving shaft so that the extension rib is moved.

상기 탄성 서포터부는 상기 연장 리브에 관통되고, 상기 요크 바디부의 상기 이동축에 평행하게 설치되는 서포터 로드부; 및 상기 서포터 로드부가 삽입되고, 상기 연장 리브를 탄성 지지하는 탄성부재를 포함할 수 있다.A supporter rod part which penetrates through the extension rib and is installed parallel to the moving axis of the yoke body part; And an elastic member into which the supporter rod part is inserted and elastically supports the extension rib.

상기 탄성부재는 상기 연장 리브의 일측을 탄성 지지하도록 상기 서포터 로드부의 일측에 배치되는 제1 코일 스프링; 및 상기 연장 리브의 타측을 탄성 지지하도록 상기 서포터 로드부의 타측에 배치되는 제2 코일 스프링을 포함할 수 있다.The elastic member includes a first coil spring disposed on one side of the supporter rod to elastically support one side of the extension rib; And a second coil spring disposed on the other side of the supporter rod part to elastically support the other side of the extension rib.

상기 디스크부는 상기 요크 바디부의 일측면에 접촉되도록 배치되는 제1 디스크; 상기 요크 바디부의 타측면에 접촉되도록 배치되고, 상기 출력 로드부가 연결되는 제2 디스크; 및 상기 요크 바디부의 내부를 관통하고, 상기 제1 디스크와 상기 제2 디스크의 중심부를 연결하는 디스크 축부를 포함할 수 있다.A first disk disposed to contact one side of the yoke body; A second disk disposed to contact the other side of the yoke body and connected to the output rod; And a disk shaft portion penetrating the inside of the yoke body portion and connecting a central portion of the first disk and the second disk.

상기 가압유닛은 상기 디스크 축부의 일측에 편심되게 배치될 수 있다.The pressing unit may be disposed eccentrically on one side of the disk shaft.

상기 가압유닛은 상기 제1 디스크와 상기 제2 디스크에서 편심되게 배치되고, 상기 구름면부에 구름 접촉되는 가압 롤러부; 상기 가압 롤러부의 일측을 회전 가능하게 지지하도록 상기 제1 디스크에 설치되는 제1 롤러 베어링부; 및 상기 가압 롤러부의 타측을 회전 가능하게 지지하도록 상기 제2 디스크에 설치되는 제2 롤러 베어링부를 포함할 수 있다. The pressing unit includes: a pressing roller unit disposed eccentrically between the first disk and the second disk and rolling in contact with the rolling surface; A first roller bearing part installed on the first disk to rotatably support one side of the pressure roller part; And a second roller bearing part installed on the second disk to rotatably support the other side of the pressure roller part.

본 발명에 따르면, 가압유닛이 요크부의 중심부에서 요크부의 이동방향 일측 또는 타측으로 선회되면서 구름면부와 구름 접촉될 때에, 요크부가 가압유닛에 의해 가압됨에 따라 일측 또는 타측으로 이동된다. 따라서, 외부 토크에 의해 가압유닛과 디스크부가 회전운동되고, 가압유닛과 디스크부의 회전운동이 요크부를 직선 운동시킨다. 또한, 외부 토크와 요크부의 변위 관계를 선형적으로 구현할 수 있고, 외부의 상황과 조건에 맞도록 탄성부재의 강성을 다양하게 구현할 수 있다.According to the present invention, when the pressing unit is pivoted from the center of the yoke portion to one side or the other side in the moving direction of the yoke portion and is in rolling contact with the rolling surface portion, the yoke portion is moved to one side or the other side as it is pressed by the pressing unit. Accordingly, the pressing unit and the disk portion are rotated by the external torque, and the rotational movement of the pressing unit and the disk portion causes the yoke portion to move linearly. In addition, a relationship between the external torque and the displacement of the yoke can be realized linearly, and the stiffness of the elastic member can be variously implemented to meet external conditions and conditions.

또한, 본 발명에 따르면, 가압유닛이 디스크부의 중심부를 기준으로 회전되는 각도에 따라 요크부의 이동 거리가 정확하게 산출될 수 있으므로, 가압유닛의 회전 각도에 따라 가해지는 외부 토크를 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 측정되는 외부 토크와 가압유닛의 회전각을 측정하여 토크 감지 장치의 강성을 탄력적으로 제어할 수 있다.Further, according to the present invention, since the moving distance of the yoke unit can be accurately calculated according to the angle at which the pressing unit is rotated with respect to the center of the disk unit, external torque applied according to the rotation angle of the pressing unit can be accurately measured. Therefore, it is possible to flexibly control the rigidity of the torque sensing device by measuring the measured external torque and the rotation angle of the pressing unit.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장에서 제2 디스크와 디스크 축부가 분리된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치에서 요크부의 구름면부에 가압유닛이 구름 접촉되면서 이동되는 상태를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치에서 요크부의 구름면부를 따라 가압유닛이 이동되는 상태를 도시한 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치에서 요크부의 구름면부에서 가압유닛이 회전되는 과정을 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치에서 비틀림 상수에 대응되는 외부 토크값의 변화를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치에서 비틀림 상수가 180일 때에 n값의 변화에 따른 외부 토크값의 변화를 도시한 그래프이다.1 is a perspective view showing a torque sensing device according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view illustrating a state in which a second disk and a disk shaft are separated in a torque sensing field according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view showing a torque sensing device according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view showing a state in which a pressing unit moves while rolling in contact with a rolling surface of a yoke in a torque sensing device according to an embodiment of the present invention.
5 is an enlarged view showing a state in which a pressing unit is moved along a rolling surface of a yoke portion in the torque sensing device according to an embodiment of the present invention.
6 is a plan view illustrating a process of rotating a pressing unit on a rolling surface of a yoke in a torque sensing device according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing a change in an external torque value corresponding to a torsion constant in the torque sensing device according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a change in an external torque value according to a change in n value when the torsion constant is 180 in the torque sensing device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 토크 감지 장치의 일 실시예를 설명한다. 토크 감지 장치를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, an embodiment of a torque sensing device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the process of describing the torque sensing device, thicknesses of lines or sizes of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention and may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장에서 제2 디스크와 디스크 축부가 분리된 상태를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치를 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치에서 요크부의 구름면부에 가압유닛이 구름 접촉되는 상태를 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치에서 요크부의 구름면부를 따라 가압유닛이 이동되는 상태를 도시한 확대도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치에서 요크부의 구름면부에서 가압유닛이 회전되는 상태를 도시한 평면도이다.1 is a perspective view illustrating a torque sensing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view illustrating a state in which a second disk and a disk shaft are separated in a torque sensing field according to an embodiment of the present invention. , Figure 3 is an exploded perspective view showing a torque sensing device according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a state in which the pressing unit is in rolling contact with the rolling surface of the yoke in the torque sensing device according to an embodiment of the present invention. 5 is an enlarged view showing a state in which the pressing unit is moved along the rolling surface of the yoke in the torque sensing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is It is a plan view showing a state in which the pressing unit is rotated on the rolling surface of the yoke in the torque sensing device.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치(100)는 회전 프레임(10), 요크부(20), 탄성 서포터부(30), 디스크부(40) 및 가압유닛(50)을 포함한다.1 to 6, the torque sensing device 100 according to an embodiment of the present invention includes a rotating frame 10, a yoke part 20, an elastic supporter part 30, a disk part 40, and a pressure. Includes unit 50.

토크 감지 장치(100)는 로봇암(미도시)의 관절 부위 등에 설치된다. 토크 감지 장치(100)는 로봇암의 관절 부위 등에 가해지는 토크와 변위 사이의 관계를 조정하여 로봇암의 힘과 위치를 용이하게 제어할 수 있게 한다. 토크 감지 장치(100)가 로봇암의 관절 부위 등에서 힘과 위치를 제어함으로써, 인간의 연골 등의 역할을 적절하게 수행하고, 로봇암에 가해지는 외부 충격에 대하여 로봇암이 탄력적으로 대응할 수 있다.The torque sensing device 100 is installed at a joint portion of a robot arm (not shown). The torque sensing device 100 makes it possible to easily control the force and position of the robot arm by adjusting the relationship between the torque and the displacement applied to the joint portion of the robot arm. As the torque sensing device 100 controls the force and position at the joint portion of the robot arm, it can appropriately perform the role of human cartilage, and the robot arm can flexibly respond to an external shock applied to the robot arm.

회전 프레임(10)은 구동부(미도시)에 의해 회전 가능하게 설치된다. 구동부로는 회전 프레임(10)에 축결합되는 모터부를 제시한다. 회전 프레임(10)은 전체적으로 환형으로 형성될 수 있다. 회전 프레임(10)의 내부에는 요크부(20), 탄성 서포터부(30), 디스크부(40) 및 가압유닛(50)이 설치된다.The rotation frame 10 is rotatably installed by a driving unit (not shown). As a driving unit, a motor unit that is axially coupled to the rotating frame 10 is presented. The rotation frame 10 may be formed in an annular shape as a whole. Inside the rotation frame 10, a yoke portion 20, an elastic supporter portion 30, a disk portion 40, and a pressing unit 50 are installed.

요크부(20)는 회전 프레임(10)의 내부에 직선방향을 따라 이동 가능하게 설치되고, 구름면부(22)가 형성된다. 요크부(20)는 요크 바디부(21), 요크 가이드부(23) 및 연장 리브(25)를 포함한다. 요크 바디부(21)에는 요크부(20)의 이동축(X)의 양측에 구름면부(22)가 형성된다. 이동축(X)은 요크 바디부(21)의 직경방향과 동축을 이룬다.The yoke portion 20 is installed to be movable in a linear direction inside the rotation frame 10, and a rolling surface portion 22 is formed. The yoke portion 20 includes a yoke body portion 21, a yoke guide portion 23, and an extension rib 25. The yoke body portion 21 is formed with rolling surface portions 22 on both sides of the moving shaft X of the yoke portion 20. The moving shaft (X) is coaxial with the radial direction of the yoke body (21).

요크 가이드부(23)는 요크 바디부(21)의 이동축(X)과 평행하도록 요크 바디부(21)에서 연장되고, 회전 프레임(10)에 직선 이동 가능하게 삽입된다. 요크 가이드부(23)는 이동축(X)과 나란하게 한 쌍이 연장될 수 있다. 요크 가이드부(23)가 이동축(X)과 평행하게 연장되므로, 요크 바디부(21)가 이동축(X)을 따라 이동되도록 요크 가이드부(23)가 요크 바디부(21)를 지지한다.The yoke guide part 23 extends from the yoke body part 21 so as to be parallel to the moving axis X of the yoke body part 21 and is inserted into the rotation frame 10 so as to be linearly movable. A pair of yoke guide portions 23 may extend parallel to the moving shaft X. Since the yoke guide part 23 extends parallel to the moving shaft X, the yoke guide part 23 supports the yoke body part 21 so that the yoke body part 21 is moved along the moving shaft X. .

연장 리브(25)는 요크 바디부(21)에서 요크 가이드부(23)와 수직한 방향으로 연장되고, 탄성 서포터부(30)에 의해 탄성 지지된다. 연장 리브(25)가 탄성 서포터부(30)에 의해 탄성 지지되므로, 요크 바디부(21)가 이동축(X)을 따라 이동될 때에 흔들리지 않고 원활하게 이동될 수 있다. 또한, 외부 충격이 요크부(20)에 전달될 때에 요크부(20)의 충격을 흡수하고, 요크부(20)가 수직한 방향으로 이동축(X)을 따라 이동됨에 따라 출력 로드부(45)가 요크부(20)와 상대적으로 회전될 수 있다.The extension rib 25 extends in a direction perpendicular to the yoke guide 23 from the yoke body 21 and is elastically supported by the elastic supporter 30. Since the extension rib 25 is elastically supported by the elastic supporter 30, the yoke body 21 can be smoothly moved without shaking when it is moved along the movement axis X. In addition, when an external shock is transmitted to the yoke part 20, it absorbs the shock of the yoke part 20, and as the yoke part 20 moves along the moving axis X in a vertical direction, the output rod part 45 ) Can be rotated relative to the yoke portion 20.

구름면부(22)는 요크부(20)의 중심부에서 요크부(20)의 이동방향 양측으로 갈수록 곡률이 감소된다. 이때, 구름면부(22)는 구름면부(222)의 중심부에서 양측으로 대칭되는 곡률로 형성된다. 가압유닛(50)이 요크부(20)의 중심부에서 요크부(20)의 이동방향 일측 또는 타측으로 선회되면서 구름면부(22)와 구름 접촉될 때에, 요크부(20)가 가압유닛(50)에 의해 가압됨에 따라 일측 또는 타측으로 이동된다. 따라서, 외부 토크에 의해 가압유닛(50)과 디스크부(40)가 회전운동되고, 가압유닛(50)과 디스크부(40)의 회전운동이 요크부(20)를 직선 운동시킨다. 또한, 외부 토크와 요크부(20)의 변위 관계를 선형적으로 구현할 수 있고, 외부의 상황과 조건에 맞도록 탄성부재(33)의 강성(탄성 계수값)을 다양하게 구현할 수 있다. 따라서, 토크 감지 장치(100)가 외부 충격에 대하여 탄력적으로 대응할 수 있으므로, 로봇암의 힘과 위치 조절이 보다 용이하게 제어될 수 있다.The curvature of the rolling surface portion 22 decreases from the center of the yoke portion 20 toward both sides in the moving direction of the yoke portion 20. In this case, the rolling surface portion 22 is formed with a curvature symmetrical to both sides from the center of the rolling surface portion 222. When the pressing unit 50 is in rolling contact with the rolling surface portion 22 while turning from the center of the yoke portion 20 to one or the other side in the moving direction of the yoke portion 20, the yoke portion 20 is the pressing unit 50 As it is pressed by, it moves to one side or the other side. Accordingly, the pressing unit 50 and the disk unit 40 are rotated by the external torque, and the rotational movement of the pressing unit 50 and the disk unit 40 causes the yoke unit 20 to linearly move. In addition, the relationship between the external torque and the displacement of the yoke unit 20 can be implemented linearly, and the stiffness (elastic coefficient value) of the elastic member 33 can be variously implemented to suit external conditions and conditions. Accordingly, since the torque sensing device 100 can flexibly respond to external shocks, the force and position of the robot arm can be controlled more easily.

또한, 가압유닛(50)이 디스크 축부(43)의 중심부를 기준으로 회전되는 각도(공전 각도)에 따라 요크부(20)의 이동 거리가 정확하게 산출될 수 있으므로, 가압유닛(50)의 회전 각도에 따라 가해지는 외부 토크를 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 측정되는 외부 토크를 감안하여 로봇암의 관절 부위 등에서 힘과 위치를 탄력적으로 제어할 수 있다.In addition, since the moving distance of the yoke unit 20 can be accurately calculated according to the angle (orbital angle) at which the pressing unit 50 is rotated with respect to the center of the disk shaft unit 43, the rotation angle of the pressing unit 50 It can accurately measure the external torque applied by Therefore, it is possible to flexibly control the force and position in the joint portion of the robot arm in consideration of the measured external torque.

회전 프레임(10)의 양측에는 연장 리브(25)가 이동되도록 이동축(X)과 평행하게 단차홈부(12)가 형성된다. 단차홈부(12)는 이동축(X)과 나란하게 형성된다. 단차홈부(12)가 이동축(X)과 평행하게 형성되므로, 요크부(20)의 이동시 연장 리브(25)가 회전 프레임(10)에 걸리는 것을 방지할 수 있다.Step grooves 12 are formed on both sides of the rotation frame 10 in parallel with the moving shaft X so that the extension ribs 25 are moved. The stepped groove 12 is formed in parallel with the moving shaft X. Since the stepped groove 12 is formed parallel to the moving shaft X, it is possible to prevent the extension rib 25 from being caught on the rotating frame 10 when the yoke 20 is moved.

요크부(20)는 요크 가이드부(23)가 슬라이딩 가능하게 결합되도록 요크 바디부(21)에 설치되는 슬라이드 부시부(24)를 더 포함한다. 이때, 회전 프레임(10)에는 이동축(X) 방향의 양측에 돌출되도록 수용부(14)가 형성되고, 수용부(14)의 내부에는 슬라이드 부시부(24)가 설치된다. 요크 가이드부(23)가 슬라이드 부시부(24)에 슬라이딩 가능하게 결합되므로, 요크부(20)의 직선 이동시 슬라이드 부시부(24)가 요크 가이드부(23)를 안정되게 지지할 수 있다.The yoke portion 20 further includes a slide bush portion 24 installed on the yoke body portion 21 so that the yoke guide portion 23 is slidably coupled. At this time, the rotating frame 10 is formed with accommodating portions 14 so as to protrude to both sides of the moving shaft (X) direction, and the slide bushing portion 24 is installed inside the accommodating portion 14. Since the yoke guide part 23 is slidably coupled to the slide bush part 24, the slide bush part 24 can stably support the yoke guide part 23 when the yoke part 20 moves linearly.

탄성 서포터부(30)는 요크부(20)를 탄성 지지하도록 설치된다. 탄성 서포터부(30)가 요크부(20)를 탄성 지지하므로, 요크부(20)에 탄성 서포터부(30)의 탄성력 보다 큰 외력이 가해지면 직선방향을 따라 이동된다. 또한, 요크부(20)에 가해지는 외력이 해제되면 요크부(20)가 원위치로 복귀된다.The elastic supporter part 30 is installed to elastically support the yoke part 20. Since the elastic supporter part 30 elastically supports the yoke part 20, when an external force greater than the elastic force of the elastic supporter part 30 is applied to the yoke part 20, it moves along a linear direction. In addition, when the external force applied to the yoke portion 20 is released, the yoke portion 20 is returned to its original position.

탄성 서포터부(30)는 서포터 로드부(31) 및 탄성부재(33)를 포함한다. 서포터 로드부(31)는 연장 리브(25)를 관통하고, 요크 바디부(21)의 이동축(X)에 평행하게 설치된다. 서포터 로드부(31)는 연장 리브에 이동 가능하게 결합된다. 서포터 로드부(31)는 이동축(X)의 양측에 한 쌍이 설치된다. 탄성부재(33)는 서포터 로드부(31)가 삽입되고, 연장 리브(25)의 양측을 탄성 지지한다. 탄성부재(33)가 서포터 로드부(31)에 삽입되므로, 탄성부재(33)가 길이방향으로 신장되거나 수축될 때에 탄성부재(33)가 길이방향으로 구부러지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 탄성부재(33)가 연장 리브(25)의 양측을 탄성 지지하므로, 요크부(20)가 이동축(X)을 따라 이동될 때에 탄성부재(33)가 길이방향으로 수축 및 신장되면서 연장 리브(25)를 안정되게 지지할 수 있다. The elastic supporter unit 30 includes a supporter rod unit 31 and an elastic member 33. The supporter rod part 31 passes through the extension rib 25 and is installed parallel to the moving axis X of the yoke body part 21. The supporter rod part 31 is movably coupled to the extension rib. A pair of supporter rod portions 31 are installed on both sides of the moving shaft X. The elastic member 33 is inserted into the supporter rod portion 31, and elastically supports both sides of the extension rib 25. Since the elastic member 33 is inserted into the supporter rod part 31, it is possible to prevent the elastic member 33 from bending in the longitudinal direction when the elastic member 33 is extended or contracted in the longitudinal direction. In addition, since the elastic member 33 elastically supports both sides of the extension rib 25, when the yoke portion 20 is moved along the moving axis X, the elastic member 33 is extended while contracting and extending in the longitudinal direction. The rib 25 can be stably supported.

또한, 외부의 토크가 출력 로드부(45)를 통해 디스크부(40)에 전달되면, 디스크부(40)가 요크부(20)와 상대적으로 회전되고, 요크부(20)가 이동축(X)을 따라 이동되므로, 탄성부재(33)의 길이가 요크부(20)의 이동 거리만큼 변경된다. 이때, 탄성부재(33)의 반력(탄성력)은 출력 로드부(45)에 전달되고, 출력축(출력 로드부(45) 또는 디스크부(40)의 중심부)의 회전각(θ)이 측정되므로, 외부 토크와 요크부(20)의 변위에 관한 관계식([수식 4])에 출력축의 회전각(θ)을 대입하면 외부에서 가해지는 토크와 요크부(20)의 변위를 측정하는 토크 센서 장치(100)의 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 로봇암의 관절 부위에서 힘과 위치를 정확하게 제어할 수 있다. In addition, when external torque is transmitted to the disk portion 40 through the output rod portion 45, the disk portion 40 is rotated relative to the yoke portion 20, and the yoke portion 20 is moved to the shaft X ), so that the length of the elastic member 33 is changed by the moving distance of the yoke part 20. At this time, the reaction force (elastic force) of the elastic member 33 is transmitted to the output rod unit 45, and the rotation angle θ of the output shaft (the center of the output rod unit 45 or the disk unit 40) is measured, A torque sensor device that measures the external torque and the displacement of the yoke part 20 by substituting the rotation angle θ of the output shaft into the relational formula ([Equation 4]) regarding the external torque and the displacement of the yoke part 20 ( 100) can play a role. Therefore, it is possible to accurately control the force and position in the joint portion of the robot arm.

탄성부재(33)는 제1 코일 스프링(33a)과 제2 코일 스프링(33b)을 포함한다. 제1 코일 스프링(33a)은 연장 리브(25)의 일측을 탄성 지지하도록 서포터 로드부(31)의 일측에 한 쌍이 배치된다. 제2 코일 스프링(33b)은 연장 리브(25)의 타측을 탄성 지지하도록 서포터 로드부(31)의 타측에 한 쌍이 배치된다. 제1 코일 스프링(33a)과 제2 코일 스프링(33b)은 동일한 스프링 상수 k를 갖는다. The elastic member 33 includes a first coil spring 33a and a second coil spring 33b. A pair of first coil springs 33a are disposed on one side of the supporter rod part 31 to elastically support one side of the extension rib 25. A pair of second coil springs 33b is disposed on the other side of the supporter rod 31 so as to elastically support the other side of the extension rib 25. The first coil spring 33a and the second coil spring 33b have the same spring constant k.

요크부(20)가 일측으로 이동될 때에, 제1 코일 스프링(33a)은 길이방향으로 수축되고, 제2 코일 스프링(33b)은 길이방향으로 신장된다. 요크부(20)가 타측으로 이동될 때에, 제1 코일 스프링(33a)은 길이방향으로 신장되고, 제2 코일 스프링(33b)은 길이방향으로 수축된다. 이때, 제1 코일 스프링(33a)의 수축 길이 또는 신장 길이, 제2 코일 스프링(33b)의 수축 길이 또는 신장 길이는 요크부(20)의 이동 거리와 동일하다. When the yoke portion 20 is moved to one side, the first coil spring 33a contracts in the longitudinal direction, and the second coil spring 33b extends in the longitudinal direction. When the yoke portion 20 is moved to the other side, the first coil spring 33a extends in the longitudinal direction, and the second coil spring 33b contracts in the longitudinal direction. At this time, the contraction length or extension length of the first coil spring 33a and the contraction length or extension length of the second coil spring 33b are the same as the moving distance of the yoke part 20.

디스크부(40)는 요크부(20)의 양측에 결합되고, 출력 로드부(45)가 연결된다. 디스크부(40)는 요크부(20)의 내측을 관통하도록 설치된다.The disk portion 40 is coupled to both sides of the yoke portion 20, and the output rod portion 45 is connected. The disk portion 40 is installed to penetrate the inside of the yoke portion 20.

디스크부(40)는 제1 디스크(41), 제2 디스크(42) 및 디스크 축부(43)를 포함한다. 제1 디스크(41)는 요크 바디부(21)의 일측면에 접촉되도록 배치된다. 제2 디스크(42)는 요크 바디부(21)의 타측면에 접촉되도록 배치되고, 출력 로드부(45)가 연결된다. 디스크 축부(43)는 요크 바디부(21)의 내부를 관통하고, 제1 디스크(41)와 제2 디스크(42)의 중심부를 연결한다. 따라서, 출력 로드부(45)에 외력이 가해지면, 제1 디스크(41), 제2 디스크(42) 및 디스크 축부(43)가 함께 회전된다. 이때, 회전 프레임(10)은 디스크부(40)와 상대적으로 이동된다.The disk portion 40 includes a first disk 41, a second disk 42, and a disk shaft portion 43. The first disk 41 is disposed to be in contact with one side of the yoke body 21. The second disk 42 is disposed so as to contact the other side of the yoke body 21, and the output rod part 45 is connected. The disk shaft portion 43 penetrates the inside of the yoke body portion 21 and connects the central portion of the first disk 41 and the second disk 42. Accordingly, when an external force is applied to the output rod unit 45, the first disk 41, the second disk 42, and the disk shaft portion 43 are rotated together. At this time, the rotation frame 10 is moved relative to the disk unit 40.

가압유닛(50)은 디스크부(40)와 함께 회전되도록 디스크부(40)에 설치되고, 구름면부(22)에 구름 접촉되게 설치되며, 출력 로드부(45)에 외력이 가해지면 디스크부(40)와 함께 회전되면서 구름면부(22)를 가압함에 따라 요크부(20)를 이동시킨다. 가압유닛(50)이 구름면부(22)와 구름 접촉되므로, 가압유닛(50)이 구름면부(22)를 가압함에 따라 요크부(20)가 부드럽고 원활하게 밀려 이동될 수 있다.The pressing unit 50 is installed on the disk portion 40 so as to rotate together with the disk portion 40, is installed in rolling contact with the rolling surface portion 22, and when an external force is applied to the output rod portion 45, the disk portion ( While rotating together with 40), the yoke portion 20 is moved as the rolling surface portion 22 is pressed. Since the pressing unit 50 is in rolling contact with the rolling surface portion 22, as the pressing unit 50 presses the rolling surface portion 22, the yoke portion 20 can be moved smoothly and smoothly.

가압유닛(50)은 디스크 축부(43)의 일측에 편심되게 배치된다. 가압유닛(50)이 디스크 축부(43)와 편심되게 배치되므로, 디스크부(40)가 외력에 의해 회전될 때에 가압유닛(50)이 디스크 축부(43)를 중심으로 일정 반경을 따라 이동되면서 구름면부(22)를 가압한다. 따라서, 요크부(20)가 이동축(X)을 따라 밀려 이동된다.The pressing unit 50 is disposed eccentrically on one side of the disk shaft 43. Since the pressing unit 50 is disposed eccentrically with the disk shaft portion 43, the pressing unit 50 moves along a certain radius around the disk shaft portion 43 when the disk portion 40 is rotated by an external force. The surface portion 22 is pressed. Accordingly, the yoke portion 20 is pushed and moved along the movement axis X.

가압유닛(50)은 가압 롤러부(51), 제1 롤러 베어링부(53) 및 제2 롤러 베어링부(54)를 포함한다. 가압 롤러부(51)는 제1 디스크(41)와 제2 디스크(42)에서 편심되게 배치되고, 구름면부(22)에 구름 접촉된다. 가압 롤러부(51)는 디스크 축부(43)와 일정 반경 이격된 위치에 배치된다. 제1 롤러 베어링부(53)는 가압 롤러부(51)의 일측을 회전 가능하게 지지하도록 제1 디스크(41)에 설치된다. 제2 롤러 베어링부(54)는 가압 롤러부(51)의 타측을 회전 가능하게 지지하도록 제2 디스크(42)에 설치된다. 제1 롤러 베어링부(53)와 제2 롤러 베어링부(54)가 가압 롤러부(51)의 양측을 지지하므로, 가압 롤러부(51)가 구름면부(22)와 구름 접촉되면서 이동될 때에 안정되게 회전될 수 있다.The pressing unit 50 includes a pressing roller part 51, a first roller bearing part 53 and a second roller bearing part 54. The pressure roller portion 51 is disposed eccentrically in the first disk 41 and the second disk 42, and is in rolling contact with the rolling surface portion 22. The pressure roller portion 51 is disposed at a position spaced apart from the disk shaft portion 43 by a predetermined radius. The first roller bearing part 53 is installed on the first disk 41 to rotatably support one side of the pressure roller part 51. The second roller bearing portion 54 is installed on the second disk 42 to rotatably support the other side of the pressure roller portion 51. Since the first roller bearing part 53 and the second roller bearing part 54 support both sides of the pressure roller part 51, it is stable when the pressure roller part 51 moves while rolling in contact with the rolling surface part 22. Can be rotated.

아래에서는 출력 로드부(45)를 통해 요크부(20)에 전달되는 외부 토크와, 출력 로드부(45)(출력축)의 회전각을 계산하기 위한 수식을 예를 들어 설명한다.Hereinafter, an equation for calculating the external torque transmitted to the yoke unit 20 through the output rod unit 45 and the rotation angle of the output rod unit 45 (output shaft) will be described as an example.

[수식 1]

[Equation 1]

[수식 2]

[Equation 2]

[수식 3]

[Equation 3]

[수식 4]

[Equation 4]

요크부(20)의 중심부와 가압유닛(50)의 회전중심 사이의 거리를 R이라고 하고, 구름면부(22)의 내측면 중 특정 지점과 요크부(20)의 중심부 사이의 거리를 r이라고 한다. 이때, R은 가압유닛(50)의 위치에 관계없이 항상 동일한 길이를 가지며, r은 구름면부(22)의 중심부에서 양측으로 갈수록 길이가 감소된다.The distance between the center of the yoke part 20 and the rotation center of the pressing unit 50 is called R, and the distance between the center of the yoke part 20 and a specific point among the inner surfaces of the rolling surface part 22 is called r. . At this time, R always has the same length regardless of the position of the pressing unit 50, and r decreases in length from the center of the rolling surface 22 toward both sides.

암의 길이(r)는 디스크부(40)의 중심축(입력축)(43)의 회전 각도(θ)에 따라 달라지므로, 암의 길이 값은

이다. 또한, 가압유닛(50)이 특정 각도(θ) 만큼 회전된 경우, 가압유닛(50)의 회전중심을 지나는 수평축(H)을 긋고, 이때의 수평축(H)과 구름면부(22)와 만나는 지점과 r 선을 연결한다. 이때, 수평축(H)과 r 선이 이루는 각도를 α라고 정의하면,

이 된다. 또한, 수평축(H) 상에서 가압유닛(50)의 수평 이동 거리와, 요크부(20)에서 구름면부(22) 궤적의 수평 거리의 차이를 코일 스프링(33a,33b)의 변위(x)라고 할 수 있으므로, 코일 스프링(33a,33b)의 변위(x)는

가 된다. 따라서, 상기 [수식 4]에 P(코일 스프링(33a,33b)의 비틀림 상수)와 n 값을 부여한 후 토크 변위 관계를 대입하면, r이 입력축의 회전 각도(θ)에 대한 식으로 도출되며, 이를 이용하여 요크부(20)에서 구름면부(22)의 형상을 설계할 수 있다. [수식 4]에서 n값이 증가할수록 외부 토크의 비선형성이 증가하므로, n값을 적절하게 선택하여 토크 감지 장치(100)가 외부 토크의 선형성과 비선형성에 적절하게 대응하도록 설계할 수 있다. Since the length (r) of the arm varies according to the rotation angle (θ) of the central axis (input shaft) 43 of the disk unit 40, the length value of the arm is

to be. In addition, when the pressing unit 50 is rotated by a specific angle (θ), the horizontal axis (H) passing through the rotation center of the pressing unit 50 is drawn, and the point where the horizontal axis (H) and the rolling surface portion 22 meet Connect the r line. At this time, if the angle formed by the horizontal axis (H) and the r line is defined as α,

Becomes. In addition, the difference between the horizontal movement distance of the pressure unit 50 on the horizontal axis H and the horizontal distance of the trajectory of the rolling surface portion 22 from the yoke portion 20 is called the displacement (x) of the

coil springs

33a and 33b. Therefore, the displacement (x) of the

coil springs

33a, 33b is

Becomes. Therefore, if P (torsion constant of

coil springs

33a, 33b) and n value are given to the above [Equation 4] and then the torque displacement relationship is substituted, r is derived as an equation for the rotation angle (θ) of the input shaft, By using this, the shape of the rolling surface portion 22 in the yoke portion 20 can be designed. In [Equation 4], since the nonlinearity of the external torque increases as the value of n increases, the torque sensing device 100 can be designed to appropriately respond to the linearity and nonlinearity of the external torque by appropriately selecting the n value.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치의 작동에 관해 설명하기로 한다.The operation of the torque sensing device according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치에서 요크부의 구름면부를 따라 가압유닛이 이동되는 상태를 도시한 확대도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치에서 요크부의 구름면부에서 가압유닛이 회전되는 과정을 도시한 평면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치에서 비틀림 상수에 대응되는 외부 토크값의 변화를 도시한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 감지 장치에서 비틀림 상수가 180일 때에 n값의 변화에 따른 외부 토크값의 변화를 도시한 그래프이다.5 is an enlarged view showing a state in which the pressing unit is moved along the rolling surface of the yoke in the torque sensing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a yoke in the torque sensing device according to an embodiment of the present invention. It is a plan view showing the process of rotating the pressurizing unit in the rolling surface of the negative, Figure 7 is a graph showing a change in the external torque value corresponding to the torsion constant in the torque sensing device according to an embodiment of the present invention, Figure 8 is A graph showing a change in an external torque value according to a change in n value when the torsion constant is 180 in the torque sensing device according to an embodiment of the present invention.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 로봇암이 구동되면, 구동부의 구동력에 의해 회전 프레임(10)이 일정 각도 회전된다. 이때, 디스크부(40)는 가압유닛(50)과 탄성부재(33)의 탄성력에 의해 회전 프레임(10)과 함께 회전된다. 따라서, 로봇암이 회전되면서 해당 작업을 수행할 수 있다.5 to 8, when the robot arm is driven, the rotation frame 10 is rotated by a certain angle by the driving force of the driving unit. At this time, the disk portion 40 is rotated together with the rotation frame 10 by the elastic force of the pressing unit 50 and the elastic member 33. Therefore, it is possible to perform the task while the robot arm is rotated.

로봇암에 외부 충격이 가해지면, 출력 로드부(45)는 외부 충격을 디스크부(40)에 전달한다. 이때, 가압유닛(50)이 디스크부(40)와 함께 회전 프레임(10)에서 상대적으로 회전된다. 가압유닛(50)이 디스크부(40)의 회전중심을 중심으로 회전되면서 구름면부(22)를 따라 이동된다. 또한, 탄성부재(33)가 탄성력에 의해 길이방향으로 신축됨에 따라 요크부(20)가 이동축(X)을 따라 일정 거리 이동된다. 따라서, 출력 로드부(45)의 회전운동을 요크부(20)의 직선운동으로 변환할 수 있다. 도 7에서 가압유닛(50)이 일정 각도 회전되면 요크부(20)는 m1만큼 이동되고, 가압유닛(50)이 더 회전되면 요크부(20)는 m2 만큼 이동되는 과정을 나타낸다.When an external shock is applied to the robot arm, the output rod unit 45 transmits the external shock to the disk unit 40. At this time, the pressing unit 50 is relatively rotated in the rotation frame 10 together with the disk portion 40. The pressing unit 50 is moved along the rolling surface 22 while being rotated around the rotation center of the disk unit 40. In addition, as the elastic member 33 expands and contracts in the longitudinal direction by the elastic force, the yoke portion 20 is moved a certain distance along the movement axis X. Accordingly, the rotational motion of the output rod part 45 can be converted into a linear motion of the yoke part 20. In FIG. 7, when the pressing unit 50 is rotated by a certain angle, the yoke unit 20 is moved by m1, and when the pressing unit 50 is further rotated, the yoke unit 20 is moved by m2.

이때, 디스크부(40)의 회전중심과 가압유닛(50)의 회전중심을 연결하는 선분이 일정 각도(θ) 회전되면, 가압유닛(50)의 변위는 수평방향으로 Rcos(θ) 만큼 이동된다. 또한, 가압유닛(50)이 요크부(20)의 구름면부(22)를 따라 이동되므로, 요크부(20)는

만큼 수평방향으로 이동된다. 이때, 요크부(20)의 이동 거리는 코일 스프링(33a,33b)의 수평방향 변위(x)와 동일하다. 따라서, 코일 스프링(33a,33b)의 수평방향 변위(x)는

가 된다.At this time, when the line segment connecting the rotation center of the disk unit 40 and the rotation center of the pressure unit 50 is rotated by a certain angle (θ), the displacement of the pressure unit 50 is moved by Rcos(θ) in the horizontal direction. . In addition, since the pressing unit 50 is moved along the rolling surface portion 22 of the yoke portion 20, the yoke portion 20

Is moved horizontally. At this time, the moving distance of the yoke part 20 is the same as the horizontal displacement x of the

coil springs

33a and 33b. Therefore, the horizontal displacement (x) of the

coil springs

33a, 33b is

Becomes.

제어부에는 코일 스프링(33a,33b)의 수평방향 변위, 요크부(20)의 구름면부(22)의 형상 및 가압유닛(50)의 회전 각도에 대응되는 토크의 관계가 미리 입력되어 있으므로, 상기한 인자들을 연산하여 디스크부(40)에 의해 전달되는 외부 토크를 정확하게 측정할 수 있다. 외부 토크가 정확하게 측정될 수 있으므로, 로봇암이 사용되는 상황과 조건에 맞게 적용되도록 토크 감지 장치(100)를 구현 및 조정할 수 있다. 또한, 토크와 변위 관계식에 가압유닛(50)의 회전각(θ)을 대입하면, 외부에서 가해지는 토크를 측정하는 토크 감지 장치(100)의 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 로봇암에 외부 충격이 가해지더라도 토크 감지 장치(100)에 의해 충격을 흡수할 수 있고, 외부 토크와 요크부(20)의 변위를 정확하게 측정함으로써, 로봇암의 관절 부위 등에서 위치와 힘을 정확하게 제어할 수 있다. In the control unit, the relationship between the horizontal displacement of the coil springs 33a and 33b, the shape of the rolling surface 22 of the yoke unit 20, and the torque corresponding to the rotation angle of the pressing unit 50 are previously input. By calculating the factors, the external torque transmitted by the disk unit 40 can be accurately measured. Since the external torque can be accurately measured, the torque sensing device 100 can be implemented and adjusted to be applied according to the situation and condition in which the robot arm is used. In addition, by substituting the rotation angle θ of the pressure unit 50 in the torque-displacement relational equation, it can serve as the torque sensing device 100 that measures the torque applied from the outside. Therefore, even if an external shock is applied to the robot arm, the shock can be absorbed by the torque sensing device 100, and by accurately measuring the external torque and the displacement of the yoke part 20, the position and force at the joint part of the robot arm are measured. You can control it precisely.

한편, 비틀림 상수(P)가 90, 180, 270, 360으로 각각 변경되면, 토크와 변위는 선형적인 관계를 나타낸다. 즉, 비틀림 상수(P)가 초기부터 0.8rad까지는 외부 토크 값이 선형을 나타낸다(도 7 참조). 또한, 비틀림 상수(P)가 90, 180, 270, 360으로 변경될 때에도 스프링 강성의 기울기가 선형을 나타내는 것을 알 수 있다. 스프링 강성의 기울기가 선형을 이루므로, 로봇암에 외부 충격이 가해질 때에 로봇암의 관절 부위에서 변위와 힘을 정확하게 제어할 수 있다. On the other hand, when the torsion constant (P) is changed to 90, 180, 270, 360, respectively, torque and displacement show a linear relationship. That is, from the initial torsion constant P to 0.8 rad, the external torque value is linear (see Fig. 7). In addition, it can be seen that even when the torsion constant (P) is changed to 90, 180, 270, 360, the slope of the spring stiffness is linear. Since the slope of the spring stiffness is linear, it is possible to accurately control the displacement and force at the joint of the robot arm when an external impact is applied to the robot arm.

또한, 비틀림 상수(P)가 180으로 동일하게 대입되고, 상기한 구름면부의 궤적에 대하여 [수식 4]에 n값을 대입하면, 초기부터 특정 범위까지 식에 대입한 대로 토크 감지 장치(100)의 목표 강성값을 나타낸다(도 8 참조). In addition, if the torsion constant (P) is equally substituted as 180, and n value is substituted in [Equation 4] for the locus of the above-described rolling surface, the torque sensing device 100 as substituted in the equation from the beginning to a specific range Represents the target stiffness value of (see Fig. 8).

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are only exemplary, and those of ordinary skill in the field to which the present technology pertains that various modifications and other equivalent embodiments are possible. I will understand.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the claims.

10: 회전 프레임 12: 단차홈부
14: 수용부 20: 요크부
21: 요크 바디부 22: 구름면부
23: 요크 가이드부 24: 슬라이드 부시부
25: 연장 리브 30: 탄성 서포터부
31: 서포터 로드브 33: 탄성부재
33a: 제1 코일 스프링 33b: 제2 코일 스프링
40: 디스크부 41: 제1 디스크
42: 제2 디스크 43: 디스크 축부
45: 출력 로드부 50: 가압유닛
51: 가압 롤러부 53: 제1 롤러 베어링부
54: 제2 롤러 베어링부 100: 토크 감지 장치
X: 이동축 H: 수평축10: rotation frame 12: step groove
14: receiving portion 20: yoke portion
21: yoke body 22: rolling surface
23: yoke guide portion 24: slide bush portion
25: extension rib 30: elastic supporter portion
31: supporter rod 33: elastic member
33a: first coil spring 33b: second coil spring
40: disk unit 41: first disk
42: second disk 43: disk shaft
45: output rod part 50: pressurizing unit
51: pressure roller portion 53: first roller bearing portion
54: second roller bearing part 100: torque sensing device
X: moving axis H: horizontal axis

Claims

A rotating frame that is rotatably installed;
A yoke portion installed to be movable in a linear direction inside the rotation frame and having a rolling surface portion;
An elastic supporter unit installed to elastically support the yoke unit;
A disk portion coupled to the yoke portion and connected to an output rod portion; And
It is installed on the disk to rotate together with the disk, and is installed in rolling contact with the rolling surface, and when an external force is applied to the output rod, the yoke is rotated with the disk and pressurized the rolling surface. Torque sensing device comprising a pressure unit for moving along a linear direction.

The method of claim 1,
The yoke part,
A yoke body portion having the rolling surface portion formed on both sides of the moving shaft of the yoke portion;
A yoke guide part extending from the yoke body part so as to be parallel to the moving axis of the yoke body part and inserted into the rotation frame to be linearly movable; And
And an extension rib extending in a direction perpendicular to the yoke guide part from the yoke body part and elastically supported by the elastic supporter part.

The method of claim 2,
The torque sensing device, characterized in that the curvature of the rolling surface portion decreases from a central portion of the yoke portion toward both sides in a moving direction of the yoke portion.

The method of claim 2,
And a slide bushing portion installed on the yoke body portion so as to be slidably coupled to the yoke guide portion.

The method of claim 2,
Torque sensing device, characterized in that the step grooves are formed parallel to the moving shaft so that the extension rib is moved on both sides of the rotation frame.

The method of claim 2,
The elastic supporter part,
A supporter rod portion penetrating the extension rib and installed parallel to the moving shaft of the yoke body portion; And
And an elastic member that is inserted into the supporter rod and elastically supports the extension rib.

The method of claim 6,
The elastic member,
A first coil spring disposed on one side of the supporter rod part to elastically support one side of the extension rib; And
And a second coil spring disposed on the other side of the supporter rod to elastically support the other side of the extension rib.

The method of claim 2,
The disk unit,
A first disk disposed to be in contact with one side of the yoke body;
A second disk disposed to contact the other side of the yoke body and connected to the output rod; And
And a disk shaft portion penetrating the inside of the yoke body portion and connecting a central portion of the first disk and the second disk.

The method of claim 8,
The pressure unit is a torque sensing device, characterized in that disposed eccentrically on one side of the disk shaft.

The method of claim 9,
The pressing unit,
A pressure roller unit disposed eccentrically between the first and second disks and rolling in contact with the rolling surface;
A first roller bearing part installed on the first disk to rotatably support one side of the pressure roller part; And
And a second roller bearing part installed on the second disk to rotatably support the other side of the pressure roller part.